Разработка технологии обогащенных напитков на основе зерна чечевицы
На правах рукописи
ВАСНЕВА ИРИНА КОНСТАНТИНОВНА
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕННЫХ НАПИТКОВ
НА ОСНОВЕ ЗЕРНА ЧЕЧЕВИЦЫ
Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции
и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент
Бакуменко Олеся Евгеньевна
Официальные оппоненты: Траубенберг Светлана Евгеньевна
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО «Московский государственный
университет пищевых производств»,
профессор кафедры «Аналитическая химия»
Гореньков Эдуард Семенович
доктор технических наук, профессор,
ВНИИ консервной и овощесушильной
промышленности,
заместитель директора по научной работе
Ведущая организация: Государственное научное учреждение
НИИ пищеконцентратной промышленности
и специальной пищевой технологии
Защита состоится: « 5 » апреля 2012 г в 10.00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, А-80, Волоколамское шоссе, 11, корп. А, ауд. 302.
Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать в МГУПП отзыв в двух экземплярах с печатью учреждения по вышеуказанному адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУПП».
Автореферат разослан « 20 » февраля 2012 г.
Ученый секретарь Совета
Кандидат технических наук, доцент И. Г. Белявская
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Приоритетной задачей «Концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ на период до 2020 года» является расширение производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми нутриентами для различных возрастных категорий, в том числе и студентов.
Студенты - это специфическая категория населения, на состояние здоровья которой влияют различные факторы: снижение физической активности, наличие вредных привычек, нерациональное питание, интенсивная умственная, психоэмоциональная нагрузка и стрессы. Анализ пищевого статуса различных возрастных категорий, в том числе студентов, проводимый НИИ питания РАМН и другими научными и медицинскими учреждениями, свидетельствует о недостатке в рационе белков, макро- и микронутриентов, других компонентов, способствующих повышению стрессоустойчивости организма.
Наиболее эффективным и целесообразным с физиологической, технологической и экономической точек зрения путем улучшения обеспеченности населения дефицитными пищевыми веществами, является употребление в пищу продуктов, обогащенных недостающими нутриентами.
В качестве источника незаменимых аминокислот и других пищевых веществ в рационах могут быть использованы продукты переработки бобовых культур, в том числе чечевицы, содержащей полноценный растительный белок, с высокой усвояемостью (до 86 %), пищевые волокна, витамины группы B, лецитин, минеральные вещества.
Наиболее целесообразным объектом для обогащения, с позиций научных принципов, являются продукты массового потребления, к которым относятся и напитки.
В последние годы отмечается существенное расширение ассортимента и объемов потребления напитков, прежде всего функциональных, обогащенных белками, витаминами, кальцием, экстрактами пряно-ароматических трав. Эта группа продуктов весьма популярна у потребителя, в том числе студентов. Именно поэтому напиток может рассматриваться как эффективный носитель различных биологически активных веществ, в том числе белков, витаминов, макро- и микроэлементов, пищевых волокон и др.
Существующая технология использования бобовых культур, прежде всего сои, в производстве напитков обладает рядом недостатков, в том числе включением в процесс высокотемпературной обработки, приводящей к разрушению и снижению усвояемости биологически активных компонентов исходного сырья. Повышение биологической и микронутриентной ценности продуктов переработки бобовых культур может происходить при проращивании зерна, однако эта стадия технологического процесса в производстве напитков, как правило, не используется.
Анализ отечественного рынка свидетельствует, что в питании различных возрастных категорий в основном присутствуют безалкогольные сладкие газированные напитки, а продукты с использованием белковых компонентов, обогащенных витаминами и минеральными веществами, практически отсутствуют.
В связи с изложенным, разработка и производство обогащенных напитков с использованием полноценных белков, в том числе полученных из зерна чечевицы, требуют научного обоснования принципов создания новых видов полноценных продуктов. Учитывая особенности производства обогащенных напитков, актуальной является разработка технологических подходов, обеспечивающих стабильность качества, безопасность и специфические свойства продуктов, предназначенных для питания различных возрастных групп населения, в том числе и студентов.
Целью настоящей работы явилась разработка технологии напитка на основе зерна чечевицы, обогащенного сывороточными белками молока, аминокислотами, минеральными веществами, витаминами и пищевыми волокнами, восполняющими дефицит пищевых веществ в рационе и способствующих при ежедневном употреблении повышению стрессоустойчивости организма студентов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- обосновать выбор чечевицы как основного компонента для получения напитка, определить оптимальные условия для процессов замачивания, проращивания и экстрагирования белка чечевицы;
- провести исследования среднестатистического рациона и умственной работоспособности студентов с помощью компьютерных программ;
- научно обосновать выбор видов и дозировок биологически активных ингредиентов для производства обогащенного напитка (витамины, минеральные вещества, пищевые волокна, аминокислоты);
- разработать рецептуры обогащенного напитка, исследовать физико-химические свойства, показатели безопасности и качества;
- исследовать влияние пастеризации обогащенного напитка на содержание витаминов и показатели качества;
- определить срок годности обогащенного напитка в различных видах упаковочных материалов;
- разработать технологическую схему производства обогащенного напитка на основе зерна чечевицы, проекты ТУ и ТИ;
- провести опытно-промышленную апробацию на предприятии и оценить экономическую эффективность производства обогащенного напитка на основе зерна чечевицы.
Научная новизна. Определены оптимальные условия получения белковой основы для напитка из зерна чечевицы (температура, продолжительность, гидромодуль, рН), дана ее характеристика по аминокислотному и химическому составу, на основании которых определен выбор ингредиентов для получения обогащенного напитка.
Выявлено, что в процессе проращивания зерна чечевицы в течение 16 часов повышается содержание незаменимых аминокислот: валина, изолейцина, лейцина, лизина, метионина, треонина, триптофана, фенилаланина на 11- 45%, в наибольшем количестве повышается содержание метионина – на 38% и триптофана – на 45%.
Впервые установлено, что асептическая упаковка «Ecolean» обеспечивает высокую сохранность витаминов в напитке, приготовленном на основе пророщенного зерна чечевицы (в %): витамина С - 95,0; В1- 98,0; В2 и РР- 100.
Практическая значимость. Разработаны технологические режимы операций замачивания (температура 35 + 2°С, продолжительность 6 ч, рН=8,2-8,4), проращивания (температура 35 + 2°С, рН=8,2-8,4, продолжительность 16 ч), экстрагирования белка (рН=7,0, гидромодуль 1:6, температура 35-40С, продолжительность 30 мин) и режимы пастеризации (температура 85 С, продолжительность 5 мин) для производства обогащенных напитков, обеспечивающих высокое качество и потребительские свойства продукта в течение установленного срока годности (7 дней).
Разработаны рецептуры напитков с различным химическим составом на основе белков пророщенной чечевицы, обогащенных аминокислотами, пищевыми волокнами, минеральными веществами, витаминами, способствующими повышению стрессоустойчивости организма студентов.
Определен среднестатистический рацион студентов с использованием компьютерной программы СППР «Питание для здоровья и долголетия». Проведена оценка умственной работоспособности студентов с использованием компьютерной программы СОПР «Оценка умственной и психической работоспособности».
Выработана опытная партия обогащенного напитка на ОАО «Коломнамолпром» в г. Коломне Московской области в количестве 100 л (Акт выработки прилагается). Разработаны проекты ТУ и ТИ 9185-003-020686354-11 на напиток, приготовленный из зерна чечевицы.
Выполнен расчет экономической эффективности производства, который показал, что рыночная цена за упаковку объемом 200 см3 составила 24 руб. 40 коп при рентабельности 20 %.
Научная новизна и практическая значимость разработанной технологии подтверждена решением о выдаче патента на изобретение по материалам заявки (№92010131851 от 16.01.2012_г.) «Способ получения напитка на основе белкового молока».
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении курса «Медико-биологические основы детского и функционального питания», выполнении УИРС, НИРС на кафедре «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» МГУПП.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на VI, VII и VIII Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2008, 2009, 2010 г.), «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации. Эффективное использование ресурсов отрасли» (Москва 2009, 2010 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, получено положительное решение от 16.01.2012 г о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, включающего 188 наименований работ российских и зарубежных авторов. Диссертационная работа изложена на 151 страницах основного текста и содержит 22 рисунка и 55 таблиц. Приложения содержат проекты технической документации, акт производственных испытаний, решение о выдаче патента РФ, протоколы микробиологических и биохимических испытаний, компьютерные анкеты для оценки фактического рациона студентов, дегустационный лист, сертификаты на сырье.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В обзоре литературы дана сравнительная характеристика биологически активных компонентов чечевицы различных сортов и регионов произрастания. Рассмотрены характеристики пищевых ингредиентов, содержащих натуральные источники витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и пути их использования в производстве обогащенных напитков для различных возрастных категорий, в том числе студентов. Приводятся данные о взаимосвязи стресса и питания в современной жизни студентов, причины его возникновения и последствия, а также методы профилактики, в том числе с помощью адекватного питания. Приведены сведения об особенностях технологии обогащенных напитков на основе растительного сырья.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Экспериментальные исследования проводили в лабораториях кафедры «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» Московского государственного университета пищевых производств, во Всероссийском научно-исследовательском институте пищеконцентратной промышленности и специальных пищевых технологий, НИИ питания РАМН, ЗАО «Ф-синтез», независимой аккредитованной лаборатории «Битекс», ОАО «Коломнамолпром» г. Коломны Московской области. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.
2.1 Объекты и методы исследования
Объектами исследования явились: чечевица тарелочная урожая 2008 года, регионов произрастания - Татарстана, Саратовской и Пензенской областей; белковая основа для напитка из пророщенной чечевицы (далее по тексту - основа), процесс ее получения, обогащенный напиток с антистрессовой направленностью (далее по тексту - напиток) для студентов.
Объектами обследования в работе явились: 314 студентов (62 юноши и 252 девушки) в возрасте от 19 до 27 лет.
При проведении исследований использовали сырье: чечевицу тарелочную, воду питьевую, молочную сыворотку сухую, какао-порошок, томатную пасту, курагу, сахар-песок, соль поваренную, корицу, имбирь, укроп, пектин, лимонную кислоту, соответствующее требованиям ГОСТов и ТУ; инулин (RAFTILINE Бельгия, ORAFTI), витамин А (ООО «Люми»), БАД «Селен-актив» (ОАО "Диод"), минеральный комплекс (кальций, магний, цинк) («Vitomin», США), глицин (ООО «МНПК Биотики»), L-аргинин («Hubel Biological Engineering Co., Ltd., Китай», витаминный премикс НЗ 1106, содержащий витамины Е, С, В1, пантотенат кальция, В6, В9, В12, ниацин, биотин («Рош Витамины», Франция).
Рисунок 1 – Структурная схема исследований
В работе использовали упаковочные материалы: пластиковые бутылки
(ЗАО «Мир упаковки»); картонные бутылки с полимерным покрытием «Тетра Пак»; асептическую упаковку в форме кувшина «Ecolean» (Швеция).
Определение запаха и цвета чечевицы проводили по ГОСТ 10967-90, общую засоренность чечевицы по ГОСТ 30483-97. Массовую долю влаги чечевицы определяли по ГОСТ 13586.5-93, сухих веществ в основе и напитке - по ГОСТ 3626-73. Коэффициент набухания измеряли объемным методом; общую титруемую кислотность основы и напитка - по ГОСТ 3624-92; величину рН основы и напитка - на иономере по ГОСТ Р 53359- 2009. Аминокислотный состав основы и напитка исследовали на автоматическом анализаторе аминокислот Agilent-1200 после предварительного гидролиза белков, показатели аминокислотной сбалансированности основы проводили методом компьютерного моделирования согласно методологии Липатова Н.Н. Микробиологические показатели и показатели безопасности готового продукта определяли в соответствии с ГОСТами. Содержание жира в основе и напитке определяли по ГОСТ 5867-90; плотность основы и напитка определяли по ГОСТ 3625-84. Содержание общей золы чечевицы - по ГОСТ 26226-95. Органолептическую оценку основы и напитка - по ГОСТ Р 52090-2003. Дегустационную оценку напитков проводили профильным методом сенсорного анализа по ГОСТ Р ИСО 3972-05. Содержание белка в основе и напитке - методом Кьельдаля по ГОСТ 23327-98. Содержание витамина С в чечевице, основе и напитке определяли методом визуального титрования с использованием раствора 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия. Содержание витаминов B1, В2 и ниацина в чечевице, основе и напитке - флюорометрическим методом, кальция и магния по ГОСТ 26570-95, фосфора по ГОСТ 26657-97, железа - атомно-адсорбционным методом. Статистическую обработку результатов исследований осуществляли с применением компьютерной программы «Microsoft Excel».
Оценку среднестатистического рациона и умственной работоспособности студентов проводили с использованием компьютерных программ «Питание и здоровье» и «Система оценки умственной и психической работоспособности» соответственно.
2.2 Результаты исследований и их анализ
2.2.1 Научное обоснование разработки рецептур обогащенных напитков на основе зерна чечевицы
Белки. Одним из перспективных источников белка в питании взрослого населения России, в том числе студенческой молодежи, являются полноценные растительные белки, полученные из зерна чечевицы. Изучение химического состава различных видов чечевицы (зеленой, красной, коричневой) показало, что наиболее высокой пищевой и биологической ценностью обладает чечевица зеленая крупносемянных сортов. Для проведения исследований выбрана чечевица, выращенная в Саратовской области, отличающаяся наиболее высоким содержанием белка (32,4 %); витаминов (мг/100 г): В1- 0,6, В2-0,2, ниацин-2,2; минеральных веществ (мг/100 г): Са-83, Mg-95, Р-298.
Биологически активные ингредиенты. Особое внимание при разработке обогащенных продуктов для питания взрослого населения, в том числе студентов, было уделено выбору как природных источников, так и специальных добавок и витаминно-минеральных комплексов с фиксированным содержанием микронутриентов.
Для выявления дефицитов пищевых веществ, потребность в которых резко возрастает в студенческие годы в связи с интенсивностью умственных и психоэмоциональных нагрузок на организм учащихся, проведены исследования среднестатистического рациона и умственной работоспособности студентов одного из московских ВУЗов.
Анализ массива полученных данных позволил выявить недостаточное потребление белков, пищевых волокон, витаминов – антиоксидантов и группы В, кальция и ряда микроэлементов в питании как юношей, так и девушек (таблица 1).
Оценка умственной работоспособности, проводимая в разные периоды учебного процесса, показала, что к концу семестра более чем у 80 % обследованных студентов происходило снижение сенсорной реакции, скорости и точности тестирования, а также снижение оперативной памяти и мышления. По нашему мнению, это связано, прежде всего, с недостаточной обеспеченностью организма студентов незаменимыми пищевыми веществами, выявленной при оценке их среднестатистического рациона.
Полученные данные использованы при выборе рецептурных компонентов для обогащенных напитков.
В качестве источника незаменимых аминокислот, кальция, магния, фосфора, витаминов группы В выбрана сухая молочная сыворотка. Для формирования вкусоароматического профиля продукта использовали какао-порошок, содержащий тонизирующие вещества – кофеин, теофиллин и теобромин; курагу – источник калия, железа, каротиноидов и пектина; томатную пасту как источник ликопина, являющегося мощным антиоксидантом; корицу, содержащую диетические волокна и кальций; имбирь, который содержит наряду с эфирными маслами, витамины-антиоксиданты и микроэлементы – цинк, железо и др.
Таблица 1 – Обеспеченность студентов пищевыми веществами
| Пищевые вещества | Девушки (n=252) | Юноши (n=62) | |||||
| РСНП* | Количество студентов (обеспеченность), % | РСНП* | |||||
| Недостаток (–) | Избыток (+) | Недостаток (–) | Избыток (+) | ||||
| Белки, г | 61-65 | 45,5 | 35,0 | 34,7 | 41,0 | 72-80 | |
| Фосфолипиды, г | 5,0-7,0 | 75,3 | 10,1 | 55,4 | 7,1 | 5,0-7,0 | |
| Витамин А, мкг | 900 | 70,0 | 21,4 | 75,2 | 26,3 | 900 | |
| Витамин С, мг | 90 | 45,5 | 21,9 | 22,5 | 15,6 | 90 | |
| Витамин Е, мг ток.экв. | 15 | 74,3 | 7,1 | 40,2 | 32,0 | 15 | |
| Витамин D, мкг | 10 | 72,6 | 8,2 | 53,6 | - | 10 | |
| Тиамин, мг | 1,5 | 58,6 | - | 53,3 | - | 1,5 | |
| Рибофлавин, мг | 1,8 | 22,3 | 27,8 | 14,9 | 27,0 | 1,8 | |
| Витамин В6, мг | 2,0 | 76,3 | 5,6 | 28,5 | 15,7 | 2,0 | |
| Витамин В12, мкг | 3,0 | 70,5 | 11,0 | 67,2 | 18,6 | 3,0 | |
| Ниацин | 20,0 | 42,6 | 15,1 | 36,4 | 13,2 | 20,0 | |
| Фолацин, мкг | 400 | 54,1 | - | 67,0 | - | 400 | |
| Пантотеновая кислота | 5,0 | 94,6 | - | 95,8 | - | 5,0 | |
| Магний, мг | 400 | 47,6 | 28,6 | 35,9 | 28,5 | 400 | |
| Фосфор, мг | 800 | 33,0 | 48,9 | 14,4 | 79,7 | 800 | |
| Кальций, мг | 1000 | 55,4 | 22,9 | 35,1 | 15,7 | 1000 | |
| Марганец, мг | 2,0 | 62,7 | 9,6 | 65,3 | 7,3 | 2,0 | |
| Железо, мг | 18 | 73,0 | 8,2 | 29,4 | 55,0 | 10 | |
| Йод, мкг | 150 | 81,0 | 1,3 | 77,5 | - | 150 | |
| Селен, мкг | 55 | 97,4 | - | 96,7 | - | 70 | |
| Цинк, мг | 12 | 83,2 | 2,7 | 78,1 | 1,8 | 12 | |
| Фтор, мг | 4,0 | 86,8 | 3,0 | 81,7 | 10,2 | 4,0 | |
| Пищевые волокна, г | 20,0 | 94,0 | - | 88,0 | - | 20,0 | |
* РСНП - рекомендуемая суточная норма потребления для лиц от 18 до 29 лет, I и II группы физической активности (МР 2.3.1.2432-08).
В качестве источников аминокислот, обеспечивающих психическую и физическую выносливость организма, повышающих умственную работоспособность, использовали глицин и аргинин; пищевых волокон – инулин и пектин; в качестве витаминов и минеральных веществ – витаминный (содержит витамины группы В1, В6, ниацин, пантотеновую и фолиевую кислоты, В12, С, Е) и витаминно-минеральный (содержит кальций, магний, цинк и витамин Д) премиксы, а также витамин А и селен.
2.2.2 Технологические аспекты получения обогащенных напитков на основе зерна чечевицы
Получение обогащенных напитков складывается из следующих основных этапов: получение белковой основы из зерна чечевицы (замачивание и проращивание чечевицы, экстрагирование белка); подбор сырьевых компонентов и разработка рецептур напитков; исследование влияния технологических параметров на качество и гигиенические показатели продукта.
2.2.2.1 Получение белковой основы из зерна чечевицы
Определение режимов процессов замачивания и проращивания чечевицы.
Известно, что процессы замачивания и проращивания существенно повышают пищевую ценность зерновых и бобовых культур. При этом происходит повышение биологической ценности белка за счет улучшения сбалансированности общего состава аминокислот, которые переходят в свободную форму. Кроме того, при проращивании бобовых отмечается снижение содержания олигосахаридов, являющихся антипитательными веществами, за счет их частичного гидролиза.
Учитывая, что при замачивании растворы с низкими значениями рН не обеспечивают снижения активности ингибитора трипсина и способствуют накоплению олигосахаридов, выбран способ замачивания и проращивания зерна чечевицы в слабощелочной среде раствора бикарбоната натрия при рН 8,2-8,4.
В работе использовали чечевицу тарелочную урожая 2008 года со следующими характеристиками: класс - первый, категория - крупная, цвет - темно-зеленый (I тип), массовая доля сорной примеси 0,1 %, в том числе минеральных примесей 0,04 %, зерновых примесей 1,1 %, без затхлого, плесневого, постороннего запахов, влажностью 13,8 %.
Поскольку в процессе получения основы большое значение имеет показатель влажности чечевицы, на первом этапе исследования определяли оптимальные условия проведения процесса замачивания. Изучали зависимость коэффициента набухания от продолжительности процесса при различных температурах (рисунок 2).
Установлено, что наиболее интенсивно процесс набухания происходил при температуре 30-40°С, особенно в первые два часа замачивания. По мере насыщения водой, через 6 ч достигнута максимальная величина коэффициента набухания и начинался процесс проращивания чечевицы. При этом массовая доля влаги чечевицы составила 38,6 %.
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента набухания от продолжительности замачивания
Выбор оптимальной температуры 35 + 2°С обусловлен тем, что при
более низкой температуре водопоглощение происходило менее интенсивно, а при температуре более 40°С, наоборот, процесс становился экономически нецелесообразным, поскольку водопоглотительная способность менялась незначительно.
При изучении влияния длительности проращивания чечевицы на содержание аминокислот, витаминов С и группы В выявлено, что количество незаменимых аминокислот в чечевице увеличивалось в первые 16 ч замачивания, а затем изменялось незначительно (таблица 2).
Таблица 2 – Изменение аминокислотного состава чечевицы в процессе проращивания (мг на 100 г)
| Аминокислоты | Время проращивания, ч | |||
| 0 (контроль) | 12 | 16 | 20 | |
| Незаменимые | 9 336 | 9 929 | 11 144 | 11 035 |
| Валин | 798 | 898 | 1014 | 991 |
| Изолейцин | 1047 | 1207 | 1352 | 1342 |
| Лейцин | 2345 | 2436 | 2598 | 2546 |
| Лизин | 2108 | 2130 | 2618 | 2611 |
| Метионин | 424 | 486 | 588 | 586 |
| Треонин | 1152 | 1168 | 1259 | 1252 |
| Триптофан | 218 | 309 | 318 | 313 |
| Фенилаланин | 1244 | 1295 | 1397 | 1394 |
| Заменимые | 15 432 | 15 908 | 16 347 | 16 231 |
| Цистин | 692 | 743 | 864 | 853 |
| Тирозин | 1045 | 1049 | 1065 | 1058 |
| Аланин | 589 | 594 | 598 | 595 |
| Аргинин | 1970 | 1977 | 1991 | 1988 |
| Гистидин | 883 | 958 | 986 | 980 |
| Аспарагиновая кислота | 2236 | 2438 | 2439 | 2439 |
| Глицин | 1419 | 1499 | 1604 | 1605 |
| Глутаминовая кислота | 3930 | 3952 | 4061 | 3993 |
| Пролин | 1683 | 1713 | 1753 | 1734 |
| Серин | 985 | 985 | 986 | 986 |
Показано, что содержание витамина С в чечевице при замачивании в течение 20 ч увеличивалось с 0,3 до 6,4 мг/100 г (рисунок 3).
Рисунок 3 - Зависимость содержания витамина С от продолжительности процесса проращивания
Сравнительная оценка содержания витаминов В1, В2 и ниацина в пророщенной чечевице по сравнению с исходной показала, что в процессе проращивания содержание витаминов увеличилось (мг/100 г): В1 – с 0,6 до 0,75, В2 – с 0,2 до 0,4, ниацина с 2,2 до 2,6.
Полученные результаты позволили определить оптимальные режимы проращивания чечевицы, которые составили: продолжительность процесса – 16 ч, температура 35 + 2°С, рН=8,2-8,4.
Определение оптимальных режимов эктрагирования при производстве белковой основы для напитка. В технологии получения основы большое значение имеют параметры процесса выделения белков, обеспечивающие максимальную сохранность их биологической ценности при наиболее высоком выходе. Технологическая схема получения основы включает экстракцию белков, отделение белковой основы от шрота, пастеризацию и охлаждение.
Изучено влияние основных параметров экстракции (рН водной среды, гидромодуля, температуры и продолжительности экстракции) на качество белковой основы. Критерием оценки служило содержание белка (рисунки 4, 5).
Максимальное количество белка в экстракте (3,1-3,5%) получено при рН среды 7,0-8,0. Уменьшение рН исходной среды до 6,0-6,5 приводило к недостаточной экстракции белка, а при щелочной рН отмечалась денатурация белков и ухудшение органолептических показателей (изменение цвета продукта и появление щелочного привкуса). Поэтому для сохранения органолептических свойств основы выбран режим экстракции при рН=7,0.
Рисунок 4- Зависимость выхода белка от рН водной среды
Максимальный выход белка из чечевицы достигнут при температуре 35-40С, величине гидромодуля 1:6 (рисунок 5). При более высоком гидромодуле происходило нежелательное разведение белков, увеличивался расход воды, в то время как меньшее соотношение приводило к снижению эффекта экстракции. Наиболее оптимальная продолжительность выдержки смеси составила 30 мин. При уменьшении длительности экстрагирования наблюдался незначительный выход белка, а при увеличении - технологический процесс необоснованно затягивался, при этом показатели качества не улучшались.
Рисунок 5 - Зависимости выхода белка от температуры, продолжительности экстракции и гидромодуля
Изучение аминокислотного состава белковой основы показало присутствие в ней всех незаменимых аминокислот (таблица 3).
Таблица 3- Аминокислотный состав белковой основы (на 100 см3)
| Аминокислота | Содержание аминокислоты, мг |
| Валин | 210 |
| Лейцин | 298 |
| Изолейцин | 153 |
| Фенилаланин | 187 |
| Метионин | 92 |
| Треонин | 224 |
| Триптофан | 120 |
| Лизин | 291 |
2.2.2.2 Разработка рецептур напитков, изучение физико-химических свойств, показателей безопасности и качества
Наиболее сложными задачами в процессе разработки рецептур обогащенных напитков явились обеспечение качества, потребительских свойств, показателей безопасности и пищевой ценности, соответствующие требованиям, предъявляемым к обогащенным пищевым продуктам (Изменение № 22 к СанПин 1078-01, 2010 г.). В соответствии с этими требованиями обогащенным может считаться напиток, содержание витаминов и минеральных веществ в котором соответствует 15-50 % рекомендуемого суточного потребления с одной порцией продукта (200 см3).
При разработке рецептур напитков выбраны те источники нутриентов, которые обеспечивают в готовом продукте до 50 % рекомендуемой суточной нормы потребления (РСНП) для лиц от 18 до 29 лет (I и II группы физической активности), с учетом результатов проведенного обследования студентов, свидетельствующих о широко распространенных дефицитах в среднестатистическом рационе белков, витаминов, макро- и микроэлементов. Учитывались также возможные потери лабильных микронутриентов в процессе производства и хранения готовой продукции.
Рецептуры обогащенных напитков представлены в таблице 4.
Ассортимент представлен тремя вкусами - шоколадным, томатным, с курагой. Разработанные продукты характеризуются следующими показателями: сухие вещества 14,3-18,5 %, плотность 1032 кг/м3, кислотность 18°Т.
Таблица 4 – Рецептуры обогащенных напитков
| Компонент | Обогащенный напиток | ||
| Шоколадный | Томатный | С курагой | |
| Белковая основа, г | 168,8 | 159,8 | 158,6 |
| Сухая молочная сыворотка, г | 10 | 10 | 10 |
| Сахар, г | 8 | 3 | 3 |
| Какао-порошок, г | 6 | - | - |
| Корица, г | 2 | - | - |
| Аргинин, г | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| Инулин, г | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Лимонная кислота, г | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| Витаминно-минеральный премикс, г | 0,7 | 0,7 | 0,7 |
| Глицин, г | 0,7 | 0,7 | 0,7 |
| Пектин яблочный, г | 0,6 | 0,6 | 0,6 |
| Селен актив, г | 0,125 | 0,125 | 0,125 |
| Витаминный премикс, г | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Витамин А, мкг | 330,0 | 330,0 | - |
| Имбирь, г | - | - | 3,2 |
| Соль поваренная, г | - | 1 | - |
| Курага, г | - | - | 20 |
| Томатная паста, г | - | 20 | - |
| Укроп, г | - | 0,2 | - |
Пищевая ценность и калорийность обогащенных напитков представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Пищевая ценность и калорийность обогащенных напитков (содержание в 100 см3).
| Обогащенный напиток | Пищевая ценность, г | Калорийность | |||
| Белки | Жиры | Углеводы | ккал | кДж | |
| Шоколадный | 5,5 | 0,45 | 11,0 | 71,0 | 297,3 |
| Томатный | 5,1 | 0,2 | 9,2 | 59,0 | 247,0 |
| С курагой | 5,1 | 0,3 | 12,7 | 73,9 | 309,4 |
Химический состав обогащенного напитка «Шоколадный» представлен в таблице 6.
Установлено, что напитки обогащены как жиро–, так и водорастворимыми витаминами в количествах, соответствующих 25-50 %, и минеральными веществами в количествах 20-45 % РСНП соответственно, что позволяет отнести их к обогащенным продуктам.
В таблице 7 представлены данные по микробиологическим показателям напитка «Шоколадный».
Таблица 6 – Содержание витаминов и минеральных веществ в обогащенном напитке «Шоколадный»
| Пищевые вещества | Обогащенный напиток «Шоколадный» | ||
| Содержание в порции (200 мл) | % от РСНП* до пастеризации | % от РСНП* после пастеризации | |
| Витамин А, мкг рет. экв | 410 | 45,6 | 42 |
| Витамин Е, мг ток. экв. | 5,24 | 35 | 34 |
| Витамин D, мкг | 2,5005 | 25 | 23-24 |
| Витамин С, мг | 67,3 | 74,7 | 63,5 |
| Витамин В1, мг | 1,04 | 69,0 | 53,1 |
| Витамин В2, мг | 0,65 | 36,1 | 35,9 |
| Пантотеновая к-та, мг | 1,89 | 37,8 | 30,2 |
| Витамин В6, мг | 1,03 | 51,5 | 51,3 |
| Фолиевая к-та, мкг | 168,3 | 42,0 | 41,5 |
| Витамин В12, мкг | 1,54 | 51,3 | 51,0 |
| Ниацин, мг | 10,1 | 50,4 | 50,2 |
| Биотин, мкг | 75,32 | 50,2 | 50 |
| Кальций, мг | 232.3 | 23,2 | 23,2 |
| Фосфор, мг | 160,8 | 20,1 | 20,1 |
| Магний, мг | 117,0 | 29,3 | 29,3 |
| Цинк, мг | 5,47 | 45,6 | 45,6 |
| Железо, мг | 3,62 | 20,1%жен, 36.2%муж | 20.1/36.2 |
| Селен, мкг | 25,26 | 36,1%муж, 45,9%жен | 36,1/45,9 |
* РСНП - рекомендуемая суточная норма потребления для лиц от 18 до 29 лет, I и II группы физической активности (МР 2.3.1.2432-08).
Изучение показателей безопасности продукта подтвердило, что обогащенные напитки соответствуют требованиям СанПин 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов».
Таблица 7 – Микробиологические показатели обогащенного напитка «Шоколадный»
| Показатель | Норма СанПин | Содержание в напитке |
| КМАФАнМ, КОЕ/г | 5*104 | 800 |
| БГКП (колиформы) | Не обнаружены | Не обнаружены |
| S. aureus | Не обнаружены | Не обнаружены |
| Патогенные МО, в т.ч.сальмонеллы | Не обнаружены | Не обнаружены |
| Плесени, КОЕ/г | 10 | Не обнаружены |
Органолептическая оценка показала, что обогащенные напитки имеют приятный вкус и запах, соответствующий вкусу и запаху входящих в состав продукта компонентов, густую консистенцию, цвет, соответствующий цвету включенных ингредиентов.
Для изучения потребительских предпочтений студентов отбирали методом случайной выборки. В результате дегустационного анализа установлено, что из 50 опрошенных студентов 70 % отдали предпочтение напитку со вкусом шоколада, 20 % - напитку со вкусом томата, 10 % - напитку со вкусом кураги.
2.2.2.3 Влияние технологических параметров на качество
и содержание витаминов в обогащенном напитке
Технологический процесс производства обогащенного напитка предусматривает использование стадии пастеризации (таблица 6) для обеспечения микробиологической безопасности готового продукта и процесс хранения. Однако следует учитывать, что процесс пастеризации сопровождается термообработкой, которая может оказать негативное влияние на содержание термолабильных витаминов. Кроме того, возможны потери витаминов в процессе хранения продукта.
В связи с изложенным изучено влияние температуры и продолжительности пастеризации напитка, а также длительности хранения и вида упаковочного материала на показатели качества и сохранность витаминов С, В1, В2, ниацина, с целью установления срока годности продукта.
Данные, представленные на рисунках 6 и 7, свидетельствуют, что тепловая обработка до 100 С в течение 10 мин приводила к снижению содержания витамина С на 25 %, В1- на 31 %, по сравнению с их исходным содержанием в напитке. Установлено, что наиболее стабильны витамины В2 и ниацин.
Рисунок 6- Зависимость содержания витаминов от температуры пастеризации
Учитывая возможное негативное влияние температуры свыше 75 оС на процесс денатурации белка, в качестве оптимальной установлена температура пастеризации напитка 85С в течение 5 мин; при этом потери витаминов С и В1 составили 11 и 15 % соответственно.
Рисунок 7- Зависимость содержания витаминов от продолжительности пастеризации
Изучено влияние различных видов упаковочных материалов на физико-химические и органолептические показатели напитков, сохранность в них витаминов и срок годности обогащенных напитков.
В работе использовали различные виды упаковочных материалов (пластиковые и картонные бутылки и асептическую упаковку).
Продукт хранили при температуре 0-60С в течение 11 суток. Образцы отбирали через 3, 5, 7 и 11 суток и определяли кислотность, органолептические показатели и сохранность витаминов С, В1, В2, ниацина.
Полученные данные свидетельствуют о том, что при хранении напитка в пластиковой бутылке в течение 5 суток общая кислотность продукта увеличивалась на 3°Т, ухудшились органолептические показатели, содержание витаминов составило (% от исходного количества): С- 75,0, В1- 93, В2- 85, ниацина- 95. Срок хранения в данной упаковке установлен не более 3 суток.
В напитке, упакованном в асептическую упаковку «Ecolean» и «Тетра Пак» на 3-и, 5-е и 7-е сутки физико-химические и органолептические показатели не изменились. Сохранность витаминов была существенно выше и составила в двух видах упаковочных материалов в среднем для витамина С- 94 - 98 % и В1 – 98 - 100 %, соответственно. Содержание витаминов В2 и ниацина не изменилось.
На 11 сутки отмечен незначительный рост общей кислотности (на 1-2°Т), появился легкий кисловатый запах, свойственный процессу брожения, при этом консистенция продукта не изменилась. Сохранность исследуемых витаминов составила 93-100 %.
Рекомендовано использование асептической упаковки «Ecolean», преимущества которой - легкость, устойчивость, светонепроницаемость, практичность в применении. Установлен срок годности обогащенного напитка – 7 суток.
2.2.3 Разработка технологической схемы производства напитка
и технической документации
На основании проведенных исследований разработана технологическая схема производства обогащенного напитка на основе зерна чечевицы (рисунок 8).
Рисунок 8 - Технологическая схема производства обогащенного напитка
Технология предусматривает приемку и очистку чечевицы, её замачивание, проращивание и измельчение, экстракцию массы водой с целью получения белковой основы, внесения вкусовых и обогащающих добавок, смешивание всех компонентов, пастеризацию напитка, фасовку и упаковку. Разработан комплект технической документации на напиток, приготовленный из зерна чечевицы – проекты ТУ и ТИ 9185-003-02068634-11.
2.2.4 Промышленная апробация и оценка экономической
эффективности напитка
На основании разработанной документации на базе ОАО «Коломнамолпром» выпущена экспериментальная партия обогащенного напитка «Шоколадный» в количестве 100 л (500 упаковок по 200 см3).
Выполнен расчет экономической эффективности производства, который показал, что рыночная цена за упаковку объемом 200 см3 составила 24 руб. 40 коп при рентабельности 20 %.
ВЫВОДЫ
1. Разработана технология обогащенных напитков на основе пророщенного зерна чечевицы, способствующего при ежедневном употреблении повышению стрессоустойчивости организма студентов.
2. Обоснован выбор чечевицы тарелочной как основного компонента для получения белковой основы для напитков. Определены оптимальные условия процессов замачивания (температура 35 + 2°С; продолжительность 6 ч; рН=8,2-8,4), проращивания (температура 35 + 2°С; рН=8,2-8,4; продолжительность 16 ч), экстрагирования белка (рН=7,0; гидромодуль 1:6; температура 35 - 40С; продолжительность 30 мин), при которых полученная белковая основа отличается высокими потребительскими, требуемыми физико-химическими и функциональными свойствами.
3. Изучен среднестатистический рацион студентов с помощью компьютерной программы, показавший дефицит белка, пищевых волокон, фосфолипидов, витаминов С, А, Д, группы В, минеральных веществ - йода, цинка, кальция, магния, селена. Выявлено, что умственная работоспособность (сенсорная реакция, скорость и точность тестирования, ухудшение оперативной памяти и мышления) у 80 % студентов к концу семестра снижается.
4. Научно обоснован выбор видов и дозировок ингредиентов, содержащих биологически-активные вещества (витамины, минеральные вещества, пищевые волокна, аминокислоты) для производства обогащенного напитка, способствующего при ежедневном употреблении повышению стрессоустойчивости организма.
5. Разработаны рецептуры обогащенного напитка, включающие оптимальные количества натуральных ингредиентов (пектин, инулин, молочная сыворотка, какао, корица, имбирь, курага, томат-паста), витаминного премикса, минеральных веществ (селен, кальций, магний, цинк), аминокислот глицина и аргинина в количествах 15-50 % от РНСП для возрастной группы от 18 до 29 лет (I и II группы физической активности). Продукт отличался требуемыми физико-химическими, потребительскими и функциональными свойствами.
6. Исследовано влияние основных параметров пастеризации на сохранность витаминов в обогащенном напитке. Установлены оптимальные режимы пастеризации (температура 85 С, продолжительность 5 мин), определены потери витаминов (%): С - 11,0; В1 - 15,0. Витамины В2 и РР достаточно стабильны и режимы пастеризации практически не влияют на их содержание.
7. Определен срок годности обогащенного напитка в разных видах упаковочных материалов. В картонной бутылке с полиэтиленовым покрытием «Тетра Пак» и асептической упаковке «Ecolean» срок годности составил 7 суток при температуре 0-60С; при этом органолептические показатели не ухудшились, общая кислотность уменьшилась в пределах погрешности, сохранность витаминов (%) составила: С- 95,0; В1- 98,0; В2 и РР- 100, соответственно. По микробиологическим показателям и показателям безопасности напиток соответствует требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.
8. Разработаны проекты ТУ и ТИ 9185-003-02068634-11 на напиток, приготовленный из зерна чечевицы. На базе ОАО «Коломнамолпром» выпущена экспериментальная партия обогащенного напитка «Шоколадный» в количестве 100 л.
9. Проведена оценка экономической эффективности производства обогащенного напитка на основе зерна чечевицы (цена за упаковку объемом 200_см3 составила 24 руб. 40 коп по ценам 2011 года).
Список работ, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Чечевица – ценный продукт функционального питания // Хлебопродукты.-2011.-№11.-С.39- 40.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Научные и технологические аспекты разработки антистрессового продукта для студенческой молодежи // Пищевая промышленность.-2011.-№2.- С. 24-25.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Разработка технологии белкового напитка для учащейся молодежи // Пищевая промышленность.-2011.-№6.-С. 40- 41.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Чечевица - сырье для производства продуктов антистрессовой направленности // Пищевая промышленность. - 2010. - №8. - С. 20-23.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е Здоровое питание в борьбе со стрессом в современной жизни студента // Пищевая промышленность.- 2009.- №7.- С.50-51.
Список работ, опубликованных в других изданиях
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е., Доронин А.Ф., Первушин В.В., Бессараб О.В. Разработка специализированных продуктов для студенческого и спортивного питания // Сборник материалов «Труды Московского государственного университета пищевых производств. Юбилейный выпуск.».- М.: ИК МГУПП - 2010.- С. 237-242.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Определение оптимальных условий эктрагирования при производстве белкового молока из проращенной чечевицы // Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты: материалы IX Междунар. конф.- М.: МГУПП.- 2011.- C.157-159.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Определение условий процесса проращивания чечевицы // Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты: материалы IX Междунар. конф.- М.: МГУПП.- 2011.-C.154-157.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Оптимизация процесса получения белкового молока // Сборник материалов «Инновационный форум пищевых технологий, посвященный юбилею МГУПП». Отв. ред. д.т.н., проф. Каплин Л.А - М.: ИК МГУПП - 2010.- С. 131-136.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Правильное питание как метод борьбы со стрессом // Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты: материалы VII Междунар. конф. М.: МГУПП.- 2009.- С.115-119.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е. Разработка белкового напитка антистрессовой направленности на основе чечевицы // Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты: материалы VIII Междунар. конф.- М.: МГУПП.- 2010.- С.12-15.
- Бакуменко О.Е., Васнева И.К., Доронин А.Ф. Образ жизни и питание учащихся ВУЗов. Обзорная и научная информация: монография. – М.: Издательский комплекс МГУПП, 2010. –100 C.
- Васнева И.К., Бакуменко О.Е., Доронин А.Ф., Еделев Д.А., Каплин Л. А. Способ получения напитка на основе белкового молока. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2010131851 от 16.01.2012.
